colorante

Lessico

Agg. e sm. [sec. XVIII; ppr. di colorare]. Che colora, che ha capacità di tingere: sostanza colorante; industria dei coloranti. In particolare, sostanza colorata solubile, capace di fissarsi stabilmente sulle fibre tessili, sulle pelli ed eventualmente su altri materiali. Molte sostanze colorate non sono infatti coloranti perché non sono capaci di fissarsi sulle fibre, e quando le impregnano vengono asportate da un semplice lavaggio. Altre sostanze, colorate ma insolubili, che prendono il nome di pigmenti, non possono venir fissate sulle fibre appunto a causa della loro insolubilità e trovano invece impiego nella preparazione di vernici, pitture, ecc.

Cenni storici

Nell'antichità e fino al sec. XIX, i coloranti utilizzati erano di origine naturale, ossia venivano ricavati da piante, come l'indaco ottenuto da varie specie di Indigofera, o anche da organismi animali, come il rosso di cocciniglia. L'era moderna dei coloranti iniziava nel 1856 con la scoperta del primo colorante preparato artificialmente, la malveina di Perkin. Da allora il numero di coloranti artificiali ottenuti attraverso adatti procedimenti chimici è andato rapidamente aumentando, fino a raggiungere le decine di migliaia. Inoltre, già all'inizio del sec. XX, i coloranti naturali più importanti, come l'indaco e l'alizarina, venivano riprodotti artificialmente e preparati per sintesi a un prezzo più basso di quello degli stessi prodotti di origine naturale. Le molecole dei coloranti, pur avendo strutture diversissime, presentano tutte alcune caratteristiche fondamentali. Secondo la teoria di Witt, il loro colore è associato alla presenza in esse di particolari gruppi di atomi, che si dicono gruppi cromofori, per esempio:

la capacità di fissarsi stabilmente alle fibre tessili è associata alla presenza di altri gruppi di atomi, che presentano carattere acido oppure basico e si dicono gruppi auxocromi, per esempio NH₂, OH, NHR, SO₃H. Le sostanze organiche insature legando a sé i gruppi cromofori si trasformano in cromogeni, cioè in sostanze che possono anche essere colorate ma non sono ancora coloranti; con l'introduzione nei cromogeni di un gruppo auxocromo, le sostanze colorate assumono proprietà tintoriali diventando coloranti. La teoria di Witt, pur nella sua inadeguatezza, resta una delle più complete e viene utilizzata per la classificazione chimica dei coloranti. Teorie più moderne sono quelle di R. Nietzki e di H. E. Armstrong, che considerano i coloranti dotati di struttura chinonica, e quella di Stieglitz, che attribuisce il colore delle sostanze coloranti a reazioni di ossido-riduzione tra gruppi cromofori e auxocromi, rispettivamente ossidanti e riducenti. Successivamente il colore si è interpretato come conseguenza del fenomeno di risonanza fra strutture estreme a diversa distribuzione elettronica, con transizioni elettroniche tra i diversi orbitali molecolari, le cui differenze energetiche determinano l'assorbimento nelle diverse regioni dello spettro.

Classificazione: in base alla struttura chimica

In base al criterio strutturale, che copre almeno il 60% del consumo totale e oltre il 90% dei coloranti per pelli, è quella degli azoici, caratterizzati dalla presenza di uno o più gruppi cromofori azoici –N=N–. Questa categoria copre una vasta gamma di colori, che va dal giallo al rosso, al viola e al nero. Maggiore è il numero dei gruppi azoici contenuti nella molecola, più il colore prodotto tende a scurirsi. Un aspetto potenzialmente svantaggioso dei coloranti azoici è il fatto che, essendo prodotti chimicamente a partire da ammine aromatiche, in seguito a rottura della molecola possono rilasciare, soprattutto in condizioni riducenti, tali composti, alcuni dei quali ritenuti altamente nocivi. Per questo motivo, nel 2002 una direttiva dell'Unione Europea ha proibito l'uso di alcuni coloranti appartenenti a questa classe per la tintura di prodotti che prevedono contatto prolungato con la pelle (abiti, lenzuola, parrucche, ecc.). Le molecole contenenti gruppi azoici possono formare anche specie complesse con ioni metallici (spesso cromo), dando vita ad altri coloranti, noti come metallocomplessi. Altre importanti classi di coloranti sono quelle dei coloranti della serie del trifenilmetano, cui appartengono coloranti rossi, verdi, blu e violetti, la classe dei nitrocomposti, caratterizzati dal gruppo NO₂ e in genere gialli, e quelle dei coloranti della serie dell'antrachinone, cui appartengono i migliori coloranti al tino – e che comprendono derivati, oltre che dall'antrachinone, anche da composti più complessi, polinucleari come il pirene, il perilene –, della fenazina, dell'indofenolo, dello xantene, della serie dell'indaco o coloranti indigoidi, dei coloranti allo zolfo e di quelli azinici.

Classificazione: in base al processo di tintura

La classificazione dei coloranti in base alle modalità del processo di tintura deve tener conto delle diverse strutture chimiche delle fibre. Le fibre animali, ossia la lana e la seta, sono costituite da macromolecole proteiche, che presentano gruppi acidi e basici liberi: a questi gruppi si possono fissare i gruppi auxocromi del colorante che presentano carattere basico, come nei coloranti basici, o carattere acido, come nei coloranti acidi. In realtà, anche nella tintura della lana e della seta con i coloranti acidi o basici intervengono, oltre a quelli di salificazione ora accennati, fenomeni di adsorbimento del colorante sulla fibra. Le fibre vegetali, come il cotone e il lino, e quelle artificiali, come il rayon, sono invece costituite da macromolecole di cellulosa, le quali non presentano gruppi acidi o basici: i coloranti che si fissano a esse direttamente, detti coloranti sostantivi e in genere della serie degli azoici, le tingono quindi solo in base a fenomeni di adsorbimento. Per tingerle con altri coloranti, detti coloranti su mordente, queste fibre devono venir previamente mordenzate, ossia impregnate con un mordente, generalmente costituito da idrossido o da un sale basico di cromo, di alluminio, di ferro o anche di altri metalli bivalenti, trivalenti o tetravalenti: la mordenzatura si realizza per esempio imbevendo la fibra di una soluzione di acetato di alluminio ed esponendola poi all'azione del vapore, la quale trasforma per idrolisi l'acetato di alluminio in idrossido o in acetati basici insolubili. Immergendo la fibra così trattata nel bagno di un colorante acido, questo forma con il mordente, all'interno della fibra, un sale insolubile e che vi rimane stabilmente fissato. Naturalmente i diversi mordenti forniscono con un medesimo colorante colori diversi, per cui la mordenzatura si impiega largamente, oltre che per le fibre cellulosiche, anche per la lana e la seta. Per la tintura su mordente mediante coloranti basici si devono invece usare mordenti a carattere acido, come per esempio i vari tipi di tannino. I coloranti al tino, il cui capostipite è l'indaco, sono insolubili, ma in ambiente fortemente riducente si riducono a dare i cosiddetti leucoderivati, solubili e incolori. Imbevendo la fibra della soluzione del leucoderivato e lasciandola poi esposta all'aria o eventualmente trattandola con adatti ossidanti, il leucoderivato ripristina il colorante, il quale precipita all'interno della fibra rimanendovi così stabilmente fissato. Il nome di tino, che continua a usarsi per indicare l'apparecchio nel quale si effettua la riduzione del colorante a leucoderivato, deriva dall'antico processo di tintura con l'indaco: questo veniva introdotto in un tino nel quale si lasciavano putrefare materiali organici diversi, creando così con la putrefazione un ambiente fortemente riducente. Questo primitivo metodo di riduzione è stato sostituito da quelli che usano riducenti chimici, come in particolare l'idrosolfito di sodio. I coloranti al tino forniscono tinture generalmente meno brillanti di quelle ottenute per esempio con gli azoici o con i coloranti del trifenilmetano, ma molto più stabili. I coloranti reattivi sono usati in particolare per le fibre cellulosiche, per le quali la loro introduzione, intorno agli anni Settanta del sec. XX, ha rappresentato un'innovazione tecnologica di grande rilievo (si valuta che all'inizio del Duemila circa il 60% delle fibre cellulosiche è trattato con questo tipo di coloranti). Essi presentano nella loro molecola gruppi capaci di reagire, per esempio, con i gruppi –OH della macromolecola della cellulosa, formando quindi dei legami stabilissimi con questa. Con i coloranti a sviluppo, il colorante viene formato direttamente sulla fibra, trattandola successivamente con le soluzioni di due composti chimici i quali combinandosi tra loro generano appunto il colorante: quasi sempre uno di tali composti è un diazocomposto stabile solo a bassa temperatura, per cui la tintura si deve condurre operando appena al disopra di 0 ºC; di qui il nome di colorante al ghiaccio con il quale vengono spesso indicati. Per la tintura delle fibre sintetiche si usano spesso coloranti particolari: tra questi, i coloranti dispersi, insolubili in acqua, chimicamente derivati dall'antrachinone; vengono applicati per dispersione in acqua grazie a speciali additivi (disperdenti), per cui il loro carattere tintoriale deriva dalla formazione di una soluzione solida con la fibra idrofobica. Sono estesamente impiegati soprattutto per la tintura di fibre poliestere (polietilentereftalato, politrimetilentereftalato) e la loro produzione è andata continuamente crescendo, in risposta all'aumento della fetta di mercato dei poliesteri sul totale delle fibre tessili. Altri tipi, come i coloranti all'alcol, si usano per tingere i materiali grassi, per esempio in cosmetica, oppure la carta, i prodotti alimentari, gli inchiostri, ecc. Il pregio di un colorante dipende, oltre che dalla purezza del colore fornito, dalla sua stabilità alla luce, al lavaggio, al sudore, ecc.; queste proprietà si valutano mediante prove convenzionali, in base alle quali si valuta il colorante secondo scale di stabilità, per esempio esponendo le fibre tinte con il colorante in esame alla luce di una determinata lampada di prova e misurando dopo quanto tempo l'intensità della colorazione si riduce alla metà.

Classificazione: coloranti per uso alimentare

In campo alimentare, i coloranti sono impiegati per conferire appetibilità al prodotto, per restituirgli la colorazione originaria, di cui possono averlo privato i processi di trasformazione, o per far sì che esso abbia una colorazione uniforme e costante, nonostante la varietà delle materie prime che entrano nella sua composizione. Grande attenzione è rivolta all'uso dei coloranti artificiali, la cui utilizzazione commerciale è subordinata al rilascio di un'apposita autorizzazione ministeriale concessa dopo che ripetute prove di sperimentazione tossicologica abbiano accertato l'innocuità delle varie sostanze: numerosi coloranti (per esempio appartenenti al gruppo degli azoici) come il Rosso scarlatto, il Sudan III, il Giallo burro, già frequentemente utilizzati, sono scomparsi dall'uso alimentare per la loro accertata tossicità. Al gruppo dei coloranti naturali appartengono, tra gli altri, gli antociani, le clorofille, i caroteni, le xantofille, normalmente presenti nel mondo vegetale e non dotati di tossicità. Nell'ambito della Unione Europea, la disciplina dell'uso dei coloranti alimentari è stata regolamentata con la direttiva n. 36 del 1994. Al pari degli altri additivi alimentari, i vari coloranti sono indicati con un codice che prevede l'uso della lettera E seguita da un numero che, per i coloranti, è compreso tra 100 e 199.